连铸理论及工艺-连铸理论.ppt

《连铸理论及工艺-连铸理论.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、偏析问题金属凝固原理主要内容：1.凝固组织2.偏析宏观偏析微观偏析1.连铸坯的凝固组织结构连铸坯的铸态凝固组织通常是由三个区域组成的，即：(1)边部是细小等轴激冷晶区，宽度在5mm左右。它是在100℃／s左右的速度下迅速冷却形成的；(2)相邻的是柱状晶区，它基本上是垂直于铸坯表面且向心部生长的；(3)中心等轴晶区，并伴有不同程度的中心偏析和疏松。2.偏析在凝固过程中，连铸坯会发生各种各样缺陷。这些分布在铸坯表面和内部的缺陷损害了钢材的收得率。在严重时，它们还可能延长铸机停机时间，从而造成巨大的生产损失。因此，冶金工程师和

2、铸机设计者必须充分了解连铸坯缺陷的产生原因，进而采用有效的措施。1—内部角裂；2—侧面中间裂纹；3—中心线裂纹；4—中心线偏析；5—疏松；6—中间裂纹；7—非金属夹杂物；8—皮下鬼线；9—缩孔；10—中心星状裂纹对角线裂纹；11—针孔；12—半宏观偏析偏析的类型合金在凝固过程中有溶质的再分布，并且凝固过程往往未能扩散均匀，使凝固后的相的成分不均匀，这就是所谓的偏析现象。在钢中，总有一定程度的偏析出现。它们可能是形成坚硬结构组成如马氏体或贝氏体的原因。偏析可分为微观偏析、宏观偏析两类，连铸坯中的宏观偏析主要表现为中心偏析。

3、造成溶质再分配的原因有：(1)由于固相线和液相线之间的温度差而在凝固前沿的聚集；(2)在冷却到室温过程中的扩散；(3)热处理偏析：在结晶过程中发生化学成分的不均匀现象称为偏析。根据偏析的分布特点可分为：微观偏析晶内偏析晶界偏析宏观偏析正常偏析逆偏析比重偏析(1)晶内偏析(枝晶偏析)非平衡结晶中，枝晶与枝晶间先凝固与后凝固的固溶体中含溶质的量不同，从而形成晶粒内部的化学成分不均匀的现象。研究表明，合金以枝晶方式生长时，在整个晶粒有90%以上的熔体是以充填分枝之间的方式结晶的，即由枝晶的侧面结晶，枝晶的侧面生长往往接近于平面

4、方式。因此，各组元在枝干中心与其边缘之间的浓度分布可近似地用Scheil方程式或者非平衡杠杆定理进行描述。应指出的是，Scheil方程式是在假定固相无扩散而液相均匀混合的条件下推导出来的。当考虑到固相有扩散时，界面上固相的溶质浓度与其固相分数之间的关系可由下式描述：显微偏析讨论：若K0与1偏离越远，或Ds越小，则偏析越严重。通常用｜1-K0｜值定性地衡量枝晶偏析的程度。越大，偏析就越严重。｜1-K0｜称为偏析系数。P、S、B、C等元素在Fe中的偏析系数分别为0.94、0.90、0.87、0.74，这几种元素往往容易在钢中

5、产生偏析。晶内偏析的量化指标通常采用偏析比表示，所谓偏析比是指晶内最高溶质浓度Cmax与最低溶质浓度Cmin之比值，即：SR=Cmax/CminSR值越大，表示偏析越严重。冷却速度对枝晶偏析也有重要的影响，在其他条件相同时，冷却速度越大，过冷越大，开始结晶的温度越低，原子的扩散能力越小，溶质扩散越不充分，枝晶偏析就越严重；但当冷却速度大到一定程度后，随着冷却速度的增加，枝晶偏析的程度反而有所减小，甚至消除。冷却速度对铸锭中Ca偏析的影响(1)Mg-Ca合金(2)Mg-Al-Ca合金在许多情况下，晶粒内部偏析并不明显，而晶

6、界偏析却十分明显。(2)晶界偏析凝固时若晶界与长大方向平行，由于表面能的要求，在晶界与界面相交之处会产生沟槽，如图所示。存在组分过冷时，会在晶界沟槽处产生明显的偏析。另外，若界面前堆积溶质原子，在两个晶粒相碰时形成晶界，晶界收纳了较多的溶质原子，如图所示。预防与消除措施：晶内偏析是一种不平衡状态，如果能使溶质充分扩散即可消除。把铸件加热到低于固相线100～200℃，长期保温，即进行扩散退火则可减轻或消除晶内偏析。1、晶界位置与晶粒生长方向平行两晶粒并排生长两个晶粒并排生长，晶界平行于生长方向，由于表面张力平衡条件的要求，

7、在晶界与液相的接触处出现凹槽，深度可到10-8cm，此处有利于溶质原子的富集，凝固后就形成了晶界偏析。2、晶粒相碰形成的晶界偏析两晶粒对面生长如图所示，两个晶粒相对生长，彼此相遇而形成晶界。两个晶粒结晶时所排出的溶质（k0＜1）就富集在晶界上。这样，在最后凝固的晶界部分将含有较多的溶质和其他低熔点物质，从而造成晶界偏析。合金在凝固过程按柱状晶生长时，柱状晶界面之间有着明显的晶界偏析。晶界偏析的危害：晶界偏析与晶内偏析形成原因基本相同，都属于微观偏析，因此，它们的影响因素也基本一样。这类偏析除个别情况有益外（如改善耐磨性）

8、，一般都有害。它们会导致铸件的力学性能降低，特别是塑性和冲击韧性的降低，增加合金的热裂倾向，甚至使金属不易进行热加工晶界偏析的预防和消除方法同晶内偏析所采用的措施相同，即细化晶粒和均匀化退火。但是晶界上存在的稳定化合物，如氧化物、硫化物和某些碳化物，即使采用均匀化退火往往也无法消除，因此，对这些化合物引起的晶界偏析，